Доставити необхідну дозу вакцини та лікарських препаратів «точно в ціль» – досить непросте завдання.
Традиційно медицина використовує для цих цілей – таблетки, капсули, голки (шприц або крапельницю), які постачають в організм хворого суттєві обсяги діючої речовини, найчастіше «зачіпає» здорові клітини або цілі органи. Мінімізувати ресурси та ризики здатні нові розробки, які вводять необхідну кількість препарату тільки там, де це необхідно, без ковтання пігулок і неприємних уколів!
На допомогу вченим, прийшли інноваційні нанотехнології з «інтелектуальними» наночастинками – самостійними об’єктами розміром від 1 до 100 нанометрів із заданою атомарною структурою, виступаючими у ролі «транспортних засобів» для доставки активних діючих компонентів лікарських препаратів, що впливають безпосередньо на джерело хвороби. Що являють собою сьогодні ці передові технології клінічної терапії?
Вакцинація
Інженер-биомедик Катаржина Савицька з університету Стоуні Брук на підставі багаторічних досліджень розробила досить перспективний спосіб доставки вакцини в кров людини. Її «Immuno-Matrix» являє собою неінвазивний пластир, який використовує нановолокна для поставки вакцини крізь шкірний покрив.
Проблема доставки через шкіру полягає в тому, що шкіра має досить «розумним» природним бар’єром – в звичайних умовах вона пропускає крізь себе об’єкти з атомної молекулярною масою до 500 Дальтон.
З допомогою спеціального абсорбенту – полімеру полівінілпіролідону, в поєднанні з різними видами вакцин, їй вдалося підняти поріг пропускної здатності» до рівня молекул, які у 250 разів більше. Сам абсорбент має здатність висмоктувати рідина зі шкіри, широко розкриваючи її пори, які потім буквально вбирають препарат, обходячи захисний бар’єр.
Переваги новинки очевидні – крім того, що повністю відсутні больові відчуття, вони дуже компактні і легко транспортуються у великих обсягах на величезні відстані, стабільні при кімнатній температурі і здатні зберігатися без спеціальних холодильників аж до 8-10 тижнів (що особливо важливо при виникненні масових епідемій або стихійних лих).
Пластир успішно протестований, і вже використовується для боротьби з грипом, кашлюк, сибіркою, і багатьма іншими небезпечними вірусними інфекціями. І, незважаючи на те, що розробка знаходиться ще на стадії оформлення патентного – багато відомі фармацевтичні компанії вже висловили свій намір вивести її на міжнародний рівень.
Лікування раку
Над аналогічним проектом «NanJect» працюють дослідники з Йоркського університету в Торонто. Розроблений ними нанопластырь здатний доставляти в організм певні дози лікарської речовини з допомогою наночастинок (розміром менше 20 нанометрів), які самостійно знаходять уражені клітини, взаємодіють з ними, і після руйнування останніх виводяться із залишками клітинного розпаду без всяких наслідків.
В першу чергу метою канадських медиків є боротьба з раком. На відміну від традиційних засобів хіміотерапії, які є невід’ємною частиною лікування в таких випадках, запропоноване рішення здатне знаходити і знищувати ракові клітини навіть на ранніх стадіях, залишаючи здорові – недоторканими.
Наночастинки
Однією з найбільш серйозною проблем, протидією якої наука поки що не має, є респіраторно-синцитіальний вірус (RSV) – небезпечна інфекція дихальних шляхів у новонароджених і дітей, викликана білком F-вариона, що дозволяє вірусу з його допомогою проникати в клітини, викликаючи плазматическое злиття мембран з сусідніми клітинами.
Група американських учених розробила новий метод вакцинації, з доставкою мембрани білка цього вірусу до клітин імунної системи нанотрубками. Покриті тонким шаром золота вони володіють унікальною здатністю – не тільки імітувати поведінку самого вірусу і доставляти до клітин особливі види білка, але і миттєво стимулювати відповідну реакцію самої імунної системи, залишаючись нешкідливими.
Таким чином, організм вчиться запам’ятовувати» процес інфікування вірусом і своєчасно реагувати на нього. Фахівці вважають, що результати боротьби з ним відкривають величезні перспективи в плані розробки вакцин і нових методів вакцинації практично проти будь-яких відомих інфекційних захворювань (включаючи грибкові та бактеріальні).
Операції на клітинах
Що, якщо самі голки будуть «біороботами» розміром в декілька нанометрів? У цьому випадку вони змогли б повністю змінити наше уявлення про можливості медицини на клітинному рівні!
• «Транспортування» молекулярних частинок всередину клітинного ядра, що має свою додаткову мембрану, що перешкоджає їх проникненню – неймовірно складне завдання! Наноиглы, що дозволяють проникати крізь мембрану точно в задану область ядра за допомогою микроимпульсов – створені фахівцями Іллінойського університету.
Покриття нанотрубок товщиною 50 нм найтоншим шаром нанозолота, дозволило пристрою доставляти «корисне навантаження» (квантові точки), отделяемую з їх поверхні електричним зарядом, з одночасною дифузією по всьому тілу ядра. Представлене технічне рішення є інтегрованим і багатофункціональним, включаючи в себе: механічний зонд, електрод і систему хімічної доставки, які беруть участь у всіх процесах клітинного рівня.
• Активізація формування нових кровоносних судин – найбільш актуальне завдання сьогодення. В нормальних умовах цей процес (званий ангиогенезом) проявляється помірною інтенсивністю і активізується лише при ліквідації вогнищ запалення, утворення рубців або регенерації пошкоджених тканин.
У разі ж злоякісних утворень навпаки – протягом некеровано інтенсивно і постійно, що призводить до утворення метастаз з прискореним поширенням. Управління цим процесом дозволило б лікарям ефективно боротися не тільки з різними формами онкології, але й вирішити ряд проблем з пересадкою органів, у боротьбі з ішемічною хворобою серця та ураженням коронарних артерій.
Значний крок на шляху вирішення цієї проблеми зроблено спільною командою фахівців Х’юстонського НДІ і Імперського коледжу в Лондоні – їм вдалося створити біологічно розкладаються наноиглы з кремнію. Їх гострі кінці, проникаючи крізь клітинну мембрану, абсолютно не пошкоджують її, а пориста структура дозволяє «доставляти» необхідну кількість нуклеїнових кислот безпосередньо всередину.
Завдяки чому, тільки за перший тиждень експериментів, зростання формування кровоносних судин в м’язової тканини було збільшено в шість разів, без проявів запальних процесів і різних побічних ефектів. Іншою потенційною сферою їх застосування може бути «перепрограмування» пошкоджених клітин на природну регенерацію і самовідновлення з повним поверненням функціональних здібностей.